Cellule staminali e medicina plastica rigenerativa

Oggi pochi praticanti sono consapevoli dello sviluppo di una nuova direzione nel trattamento delle malattie incurabili con la medicina tradizionale e non tradizionale. Si tratta di medicina plastica rigenerativa, basata sull'uso del potenziale rigenerativo delle cellule staminali. Intorno alla direzione in via di sviluppo, sorse una discussione scientifica senza precedenti e un hullabaloo pseudoscientifico, largamente creato dall'iperbole dell'informazione del World Wide Web. In un tempo molto breve, gli studi di laboratorio sulle possibilità terapeutiche delle cellule staminali andarono oltre i limiti dell'esperimento e iniziarono a essere attivamente introdotti nella medicina pratica, che causò molti problemi di piano scientifico, etico, religioso, legale e legislativo. Le istituzioni statali e pubbliche non erano chiaramente pronte per la velocità della transizione delle cellule staminali dalle capsule di Petri ai sistemi per la somministrazione endovenosa, il che non giova alla società nel suo insieme e ad una particolare persona sofferente. In una quantità e qualità delle informazioni circa la quantità di cellule staminali inimmaginabile non è facile da capire le opportunità e professionisti (dei quali non ci sono in realtà, perché tutti cercano di padroneggiare una nuova tendenza della scienza stessa), per non parlare dei medici, non direttamente coinvolti in medicina regenerativnoplasticheskoy.

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Perché abbiamo bisogno di questi esperimenti e hanno bisogno di qualcosa?

A prima vista, la creazione di chimere interspecifiche cellulari è il frutto di una fantasia sfrenata di uno scienziato-fanatico che ha dimenticato la bioetica. Tuttavia, questo approccio ampliato la nostra conoscenza della embriogenesi fondamentale, come consentito per contare il numero di cellule necessario per organogenesi (formazione di fegato, cervello, pelle, organi del sistema immunitario). Inoltre (forse questo è importante in biologia hESC), genetica hanno a disposizione uno strumento unico con cui a chimerization embrioni possono impostare lo scopo funzionale dei geni. Innanzitutto, la tecnica speciale del doppio knockout nell'ESC è "disattivata" dalla coppia di geni sotto esame. Quindi tali ESC vengono iniettati nella blastocisti e monitorano i cambiamenti che si verificano nel corpo dell'embrione chimerico in via di sviluppo. Geni funzionali Così sono stabiliti sf-1 (sviluppo della ghiandola surrenale genitale e), urt-l (tab rene) muoD (sviluppo muscolare scheletrico), gata-l-4 (tab erythro- e linfopoiesi). Inoltre, nell'ESC di animali da laboratorio, è possibile introdurre geni umani (transfettati) non ancora studiati per determinarne la funzione con l'aiuto di un embrione chimerico.

Ma, di regola, la giustificazione dell'esperimento ottenendo nuove conoscenze fondamentali non soddisfa il supporto di un vasto pubblico. Facciamo un esempio di un valore applicato di chimerizzazione con l'aiuto di ESC. Prima di tutto, questo è xenotrapianto, cioè trapiantare gli organi di un animale nell'uomo. Teoricamente, la creazione di chimere cellulari di cellule umane suino consente di ottenere un animale molto più vicino nelle caratteristiche antigeniche a un donatore ESC, che in varie situazioni cliniche (diabete mellito, cirrosi) può salvare una vita per un malato. È vero, per questo devi prima imparare come restituire la proprietà della totipotenza al genoma di una cellula somatica matura, dopo di che può essere introdotta nell'embrione suino in via di sviluppo.

Oggi di proprietà ESC in particolari condizioni di coltura condividono quasi all'infinito utilizzato per la produzione di massa di cellule totipotenti, con conseguente differenziazione in cellule specializzate, come ad esempio i neuroni dopaminergici, che sono poi trapiantato ad un paziente con malattia di Parkinson. In questo caso, il trapianto è necessariamente preceduto da una differenziazione diretta della massa cellulare risultante nelle cellule specializzate necessarie per il trattamento e la purificazione di quest'ultimo da elementi cellulari indifferenziati.

Come si è scoperto più tardi, la minaccia di carcinogenesi non era l'unico ostacolo nel modo di trapianto di cellule. ESC spontaneamente in corpi embrionali differenziata eterogenea, cioè, per formare derivati un'ampia varietà di linee cellulari (neuroni, cheratinociti, fibroblasti, cellule endoteliali). Nel campo visivo del microscopio, in questo caso, tra le cellule di vari fenotipi, si distinguono i cardiomiociti, ognuno dei quali si contrae nel suo ritmo. Tuttavia, per il trattamento del paziente deve avere una popolazione pura di cellule: i neuroni - ictus, cardiomiociti - infarto del miocardio, pancreatiche beta-cellule - diabete, cheratinociti - ustioni, ecc

La successiva fase di sviluppo del trapianto di cellule è stato associato con lo sviluppo di tecnologie per produrre una quantità sufficiente (milioni di cellule) di popolazioni cellulari puri. Fattori che causano ricerca differenziazione diretta delle hESC, indossavano un carattere empirico come una sequenza di sintesi rimasto sconosciuto durante l'embriogenesi. In primo luogo, si è riscontrato che la formazione del sacco vitellino è indotta dall'aggiunta di cAMP e acido retinoico alla coltura. Linee di cellule ematopoietiche formano quando il mezzo 1L-3, SCF fattore di crescita dei fibroblasti coltura (FGH), fattore di crescita insulino-simile (IGF-1), fattore 1L-6 e stimolante le colonie granulocitarie (G-CSF). Le cellule del sistema nervoso sono state formate dall'ESC dopo la rimozione di LIF e uno strato di fibroblasti che fungono da alimentatore. Dopo trattamento con acido retinoico in presenza di siero di vitello fetale ESK cominciò a differenziarsi in neuroni e cardiomiociti sono stati preparati mediante aggiunta di dimetil solfossido (DMSO), che consente mirata del molecole di segnalazione idrofobiche nel nucleo cellulare. Pertanto, l'accumulo nel mezzo di coltura di specie reattive dell'ossigeno, così come la stimolazione elettrica promosso formazione di cardiomiociti contrattili maturi.

Enormi forze e mezzi sono stati spesi nella ricerca di condizioni per la differenziazione dell'ESC in cellule pancreatiche produttrici di insulina. Tuttavia, ben presto divenne chiaro che un certo numero di linee specializzate di cellule beta delle cellule del pancreas, le cellule del sistema immunitario ed endocrino, adipociti) non nascono dal CES nel loro stimolazione sul principio del "one-fattore stimolante - una linea cellulare." Questo principio si è rivelato valido solo per un numero limitato di linee cellulari. In particolare, la formazione di neuroni può essere indotta da acido retinoico linea cellula muscolare - la crescita trasformante fattore-β (TCP-β), linee eritroidi - 1L-6, monociti-mieloidi linea - 1L-3. E gli effetti di questi fattori sulla differenziazione dell'ESC erano strettamente dipendenti dalla dose.

Entrato in una fase di combinazioni di fattori di crescita di ricerca che promuovono ESC nelle fasi successive di embriogenesi per formare il mesoderma (la fonte di cardiomiociti, muscolo scheletrico, tubulo epiteliale, mieloeritropoeza e cellule muscolari lisce), ectoderma (epidermide, neuroni, retina) e endoderma (epitelio dell'intestino tenue e ghiandole secretorie, pneumociti). Natura, come lo sono stati costretti ricercatori ad avanzare sul percorso di embriogenesi, ripetendo i passi in una capsula di Petri, rendendo impossibile ottenere subito e facilmente il risultato desiderato. E sono state trovate tali combinazioni di fattori di crescita. Activina A in combinazione con TGF-β ha dimostrato di essere un potente stimolatore di formazione da cellule hESCs mesodermiche, bloccando lo sviluppo e ento- ectoderma. Acido retinoico, così come un segnale combinazione di proteine midollo osseo morfogenetica (BMP-4) e il fattore di crescita epidermico (EGF) viene attivato processi di cellule ecto- e mesoderma, bloccando lo sviluppo del endoderma. Crescita intensiva di cellule di tutti i tre strati germinali viene osservata con esposizione simultanea a due fattori ESC - fattore di crescita degli epatociti (NGF), e fattore di crescita nervoso.

Così, per linee cellulari relative devono prima trasferire cellule staminali embrionali in fase di formare le cellule germinali strato, e poi selezionare una nuova combinazione di fattori di crescita in grado di indurre il differenziamento diretto di ecto-, meso e endodermale in cellule specializzate necessarie per il trapianto paziente. Il numero di combinazioni di fattori di crescita su oggi in migliaia, la maggior parte di loro sono brevettati, alcuni non sono stati resi noti imprese biotech.

Era il turno dello stadio di purificazione delle cellule ottenute da impurità cellulari indifferenziate. Le cellule differenziate in coltura sono state etichettate con marcatori di linee cellulari mature e passate attraverso sorter immunofenotipico laser ad alta velocità. Il raggio laser li ha trovati in un flusso cellulare comune e diretti lungo un percorso separato. Il materiale cellulare purificato ottenuto è stato inizialmente ottenuto da animali da laboratorio. È tempo di valutare l'efficacia dell'uso dei derivati ESK su modelli di malattie e processi patologici. Uno di questi modelli era la malattia di Parkinson sperimentale, che è ben riprodotta negli animali con composti chimici che distruggono i neuroni dopaminergici. Poiché la malattia di base nell'uomo è il deficit acquisito dei neuroni dopaminergici, l'uso della terapia cellulare sostitutiva in questo caso è stato patogeneticamente giustificato. Negli animali con emiparkinson sperimentale, circa la metà dei neuroni dopaminergici derivati dall'ESC e inseriti nelle strutture cerebrali sono sopravvissuti. Questo è stato sufficiente per ridurre significativamente le manifestazioni cliniche della malattia. I tentativi di ripristinare la funzione delle strutture del SNC danneggiate durante le fratture sperimentali di ictus, trauma e persino del midollo spinale hanno avuto un discreto successo.

Tuttavia, va notato che quasi tutti i casi di applicazione riuscita di derivati differenziati dell'ESC per correggere la patologia sperimentale sono stati effettuati nel periodo acuto della situazione patologica simulata. I risultati a lungo termine del trattamento non sono stati così confortanti: dopo 8-16 mesi l'effetto positivo del trapianto cellulare è scomparso o bruscamente diminuito. Le ragioni di questo sono abbastanza comprensibili. La differenziazione delle cellule trapiantate in vitro o in loco morbi porta inevitabilmente all'espressione di marcatori cellulari di alienazione genetica, che provoca un attacco immunitario da parte dell'organismo ricevente. Per risolvere il problema di incompatibilità immunologica uso immunosoppressione tradizionale, iniziata studi clinici paralleli per attuare il potenziale e genetico correzione transdifferenziamento non causa autologhe cellule ematopoietiche staminali mesenchimali e conflitto immunitario.

Cos'è la medicina rigenerativa-plastica?

L'evoluzione ha individuato due opzioni principali per il completamento della vita della cellula - necrosi e apoptosi, che a livello tissutale corrispondono ai processi di proliferazione e rigenerazione. Proliferazione può essere considerato come una sorta di sacrificio, durante il riempimento del difetto del tessuto danneggiato si verifica a causa della sua sostituzione con elementi connettivo: mantenendo l'integrità strutturale, la parte del corpo perde la funzione dell'organo colpito, che determina il successivo sviluppo di risposte compensatorie a ipertrofia o iperplasia strutturale e gli elementi funzionali della restante intatto. Periodo compensazione lunghezza dipende dalla quantità di lesioni strutturali causate dall'alterazione primaria e fattori secondari, poi nella maggior parte dei casi si verifica scompenso, il forte deterioramento e l'accorciamento della vita umana. Rigenerazione fornisce i processi di rimodellamento fisiologici, cioè, la sostituzione di invecchiamento e morte sul meccanismo di morte cellulare naturale (apoptosi) delle cellule con quelli nuovi, derivanti dalle riserve cellule staminali del corpo umano. Nei processi di rigenerazione riparativa sono anche coinvolte risorse staminali spazi di cella che, tuttavia, vengono mobilitate in condizioni patologiche associate con una lesione o malattia del tessuto che la morte cellulare da meccanismi necrotiche.

L'attenzione di scienziati, medici, stampa, la televisione e il pubblico al problema di studiare la biologia delle cellule staminali embrionali (ESC) sono dovuti, soprattutto, un elevato potenziale della cellula, o come lo chiamiamo noi, trattamento rigenerante e plastica. I metodi di formulazione per il trattamento di malattie umane gravi (patologia degenerativa del sistema nervoso centrale, cervello e lesioni del midollo spinale, il morbo di Alzheimer e di Parkinson, sclerosi multipla, infarto del miocardio, ipertensione, diabete, malattie autoimmuni e le leucemie, bruciano le malattie e processi neoplastici costituiscono di gran lunga non una lista completa di loro) posto le proprietà uniche di cellule staminali, permettendo di creare nuovi tessuti anziché, come si pensava, irreversibilmente danneggiati zo tessuto n corpo malato.

Progresso degli studi teorici della biologia delle cellule staminali negli ultimi 10 anni è stato realizzato tendenze emergenti spontaneamente emergenti medicina rigenerativa e plastica, che è non solo la metodologia è molto suscettibile di sistemazione, ma deve anche essere tale. Il primo e più rapido campo di applicazione pratica del potenziale rigenerativo delle cellule staminali è diventato la terapia sostitutiva-plastica di sostituzione. Il suo modo essere abbastanza facilmente rintracciabile nella letteratura scientifica - da esperimenti su animali con necrosi miocardica alle opere degli ultimi anni, volta a ripristinare il deficit di post-infarto miociti cardiaci o ricostituzione delle perdite sulle beta-cellule del pancreas e dei neuroni dopaminergici del sistema nervoso centrale.

Trapianto di cellule

La base della medicina rigenerativa-plastica sostitutiva è il trapianto di cellule. Quest'ultimo dovrebbe essere definito come un complesso di misure mediche in cui per un breve o lungo periodo l'organismo del paziente ha un contatto diretto con cellule vitali di origine auto-, allo-, iso- o xenogenica. Il mezzo di trapianto cellulare è una sospensione di cellule staminali o loro derivati, standardizzata dal numero di unità di trapianto. L'unità di trapianto è il rapporto tra il numero di unità formanti colonie in coltura e il numero totale di cellule trapiantate. Metodi di esecuzione di trapianto cellulare: iniezione endovenosa, intraperitoneale, sottocutanea di una sospensione di cellule staminali o loro derivati; iniezione di una sospensione di cellule staminali o loro derivati nei ventricoli del cervello, vasi linfatici o liquido cerebrospinale.

Quando allogenico e trapianto di cellule autologhe sono due approcci fondamentalmente diversi alla plyuri- attuazione metodologica, multi o polipo- potenziale tentnogo di cellule staminali - in vivo o in vitro. Nel primo caso, l'introduzione di cellule staminali nel corpo del paziente effettuata senza differenziazione preliminare nel secondo - dopo la moltiplicazione in coltura, e purificazione di differenziazione diretta di cellule indifferenziate. Tra le molte tecniche metodologiche di sostituzione cellulare metodi di terapia di tre gruppi si distinguono chiaramente sufficiente: sostituzione delle cellule del midollo osseo e cellule del sangue organi di ricambio ed elementi del corpo rigido e solido pezzi di tessuto molle (cartilagine, osso, tendini, valvole cardiache e vasi sanguigni di tipo capacitivo). L'ultima riga dovrebbe essere definito come ricostruttiva e della medicina rigenerativa come potenziale differenziazione delle cellule staminali è realizzata sulla matrice - un sostituibili porzione di corpo sagomato costrutti biologicamente inerti o riassorbibili.

Un altro modo per aumentare l'intensità dei processi rigenerativi e plastica nei tessuti affetti è mobilitare proprio corpo a stelo risorse del paziente mediante l'uso di fattori di crescita esogeni come granulociti-macrofagi e granulociti fattori stimolanti le colonie. In questo caso, i legami stromali gap porta ad un aumento nel rendimento nella circolazione generale di cellule staminali emopoietiche, che forniscono la zona di processi rigenerativi danneggiamento dei tessuti a causa della loro intrinseca flessibilità.

Pertanto, i metodi della medicina rigenerativa mirano a stimolare i processi di ripristino della funzione persa - sia attraverso la mobilizzazione delle proprie riserve staminali dell'organismo malato, sia introducendo materiale cellulare allogenico.

Un importante risultato pratico dell'apertura di cellule staminali embrionali - clonazione terapeutica si basa sulla conoscenza dei meccanismi trigger embriogenesi. Se il segnale originale per l'inizio di embriogenesi è una serie di pre-mRNA, che è nel citoplasma dell'oocita, l'introduzione del nucleo di tutte le cellule somatiche nel cellula uovo enucleata deve eseguire un programma di sviluppo embrionale. Oggi sappiamo già che circa 15 000 geni partecipano all'attuazione del programma di embriogenesi. Cosa succede a loro dopo, dopo la nascita, in periodi di crescita, maturità e invecchiamento? La risposta a questa domanda è stata data dalla pecora Dolly: sono conservati. Utilizzando i più moderni metodi di ricerca ha dimostrato che le cellule adulte nucleo Risparmia tutti i codici necessari per la formazione di cellule staminali embrionali, strati germinali embrionali, organogenesi e restrizione di maturazione (uscita nella differenziazione e specializzazione) linee cellulari di mesenchimale, ecto-, endo ed origine mesodermica . Clonazione terapeutica come una tendenza è emersa nelle primissime fasi di sviluppo, trapianto di cellule e prevede il ritorno totipotency cellule somatiche del malato per produrre materiale di innesto geneticamente identici.

La scoperta di cellule staminali ha iniziato "sino alla fine", come un termine coniato in Biologia e Medicina A. Maximov applicata alle cellule staminali del midollo osseo che danno origine a tutti gli elementi di cella maturi di sangue periferico. Tuttavia, le cellule staminali ematopoietiche, come le cellule di tutti i tessuti di un organismo adulto, hanno anche un predecessore differenziato. Una fonte comune per assolutamente tutte le cellule somatiche è la cellula staminale embrionale. Va notato che i concetti di "cellule staminali embrionali" e "cellule staminali embrionali" non sono affatto identici. Le cellule staminali embrionali sono state isolate da J. Thomson dalla massa cellulare interna della blastocisti e trasferite a linee cellulari a vita lunga. Solo queste cellule hanno il facsimile "ESC". Leroy Stevens scoperto cellule staminali embrionali nei topi, li ha descritti come "cellule staminali pluripotenti embrionali", riferendosi alla capacità di hESC di differenziarsi in derivati di tutti tre strati germinali (ecto, meso e endoderma). Ma allo stesso tempo tutte le cellule dell'embrione fasi successive di sviluppo sono medesima radice di danno luogo ad un grande numero di celle che costituiscono il corpo di un adulto. Per definirli, proponiamo il termine "cellule progenitrici pluripotenti embrionali".

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Tipi di cellule staminali

La spina dorsale della moderna classificazione delle cellule staminali basato sul principio della capacità di separazione (potenza) danno luogo a linee cellulari, che è definita come toti-, plyuri-, multi, poli-, bi e unipotency. Totipotenti, cioè la capacità di ricostituire un organismo geneticamente programmato nel suo complesso, ha un (massa cellulare interna della blastocisti) zigote cella, blastomeri e cellule staminali embrionali. Un altro gruppo di cellule totipotenti che si formano nelle fasi successive di sviluppo embrionale è presentato germenativnymi cellule embrionali primarie di zone genitali (tubercoli genitali). Pluripotenza sotto cui capacità podimayut di differenziarsi in cellule di qualsiasi organo o tessuto, caratterizzato da cellule embrionali di tre strati germinali - ecto-, meso e endodermica. Si ritiene che multipotenti, cioè la capacità di formare le celle all'interno di una linea dedicata, caratteristica di solo due tipi di cellule: le cosiddette cellule staminali mesenchimali, che si formano nella cresta neurale e sono i precursori di tutte le celle di basi connettivi del corpo, comprese le cellule gliali, così come le cellule staminali ematopoietiche ematopoietiche, che dà origine a tutte le linee di cellule del sangue. Inoltre, isolate cellule staminali bi- e unipotenti, in particolare le cellule progenitrici mieloide, linfoide, monociti e germi ematopoietiche megacariociti. Cellule staminali unipotenti esistenza chiaramente dimostrato dall'esempio delle cellule epatiche - la perdita di una parte considerevole del tessuto epatico è compensata da intensiva divisorie epatociti poliploidi differenziate.

Nello sviluppo di tutti gli organi e tessuti sono formate come risultato della proliferazione e differenziazione della massa cellulare interna della blastocisti, quali cellule e sono, in senso stretto, totipotenti le cellule staminali embrionali. I primi studi su isolamento di cellule staminali embrionali sono state eseguite Evans, che dimostrarono blastocisti impiantati nel cervello di topo, danno teratocarcinoma luogo, che le cellule con linee formano clonazione di cellule staminali embrionali pluripotenti (il nome originale delle cellule - cellule di carcinoma embrionale o abbreviazione ECC - in attualmente non applicabile). Questi dati sono stati confermati in diversi altri studi in cui le cellule staminali embrionali sono state ottenute coltivando cellule blastocisti di topi e altre specie animali, incluso l'uomo.

Nella letteratura recente ci sono più segnalazioni di plasticità delle cellule staminali, che è considerato non solo come la capacità di quest'ultimo di differenziarsi in diversi tipi cellulari a diversi stadi di sviluppo, ma anche subiscono dedifferenziazione (transdifferenziamento, retrodifferentiation). Che è consentito in linea di principio la possibilità di ritornare cellule differenziate somatiche allo stadio embrionale di sviluppo con la ricapitolazione (ritorno) pluripotency e la sua attuazione nella ri-differenziazione per formare altri tipi di cellule. È stato riferito, in particolare, che le cellule staminali ematopoietiche sono in grado di transdifferenziare con la formazione di epatociti, cardiomioblasti ed endoteliociti.

Dibattito scientifico per la separazione di cellule staminali per la loro plasticità continua, cioè, la terminologia e trapianto di cellule glossario sono in via di formazione, ha immediato significato pratico, poiché è sull'uso delle proprietà plastiche e la capacità delle cellule staminali di differenziarsi in varie linee cellulari stabilizzate metodi più regenerativnoplasticheskoy medicina.

Numero di pubblicazioni nel campo dei problemi fondamentali e applicate della medicina rigenerativa e plastica è in rapido aumento. Già impostare l'ambito dei vari approcci metodologici volti a utilizzare al meglio il potenziale rigenerativo e plastica delle cellule staminali. Zona dei suoi interessi vitali determinato cardiologi e endocrinologi, neurologi e neurochirurghi, chirurghi trapianto e ematologi. Le possibilità di plastica delle cellule staminali cercano una soluzione ai problemi urgenti oculisti, medici TB, pneumologi, nefrologi, oncologi, genetisti, pediatri, gastroenterologi, internisti e pediatri, chirurghi e ostetrico-ginecologi - tutti i rappresentanti della medicina moderna sperano di ottenere la possibilità di cura è ancora considerato una malattia mortale.

Il trapianto di cellule è un'altra "panacea" di tutti i mali?

Questa domanda sorge giustamente tra tutti i medici e gli scienziati che sono riflessivi e analizzano lo stato attuale della scienza medica. La situazione è complicata dal fatto che da una parte del campo del confronto scientifico ci sono "sani conservatori", dall'altra - "fanatici malati" del trapianto di cellule. Ovviamente, la verità, come sempre, si trova tra di loro - in una "terra di nessuno". Senza toccare su questioni di diritto, etica, religione e moralità, consideriamo i pro ei contro delle aree indicate della medicina rigenerativa e della plastica. La "leggera brezza" delle prime relazioni scientifiche sulle possibilità terapeutiche delle ESC già un anno dopo la loro scoperta si è trasformata in una "folata di vento", che nel 2003 si è trasformata nel "tornado informativo". La prima serie di pubblicazioni riguardava la coltivazione di cellule staminali embrionali, la loro moltiplicazione e la differenziazione diretta in vitro.

Si è scoperto che per la riproduzione illimitata di cellule staminali embrionali in coltura, è necessario osservare rigorosamente un certo numero di condizioni. Devono necessariamente essere presenti tre fattori nell'ambiente condizionato: interleuchina-6 (IL-6), fattore di cellule staminali (SCF) e fattore leucocinante (LIF). Inoltre, le cellule staminali embrionali dovrebbero essere coltivate su un substrato (uno strato alimentatore di cellule) da fibroblasti embrionali e in presenza di siero fetale di vitello. In queste condizioni, le ESC nella cultura coltivano i cloni e formano corpi embrioidi - aggregati di cloni in sospensione di cellule globulari. La caratteristica più importante del clone dell'ESC è che nella cultura il corpo dell'embreroide cessa di crescere quando si accumula nell'aggregato 50-60, un massimo di 100 cellule. Durante questo periodo, si stabilisce uno stato di equilibrio: il tasso di divisione cellulare all'interno del clone è uguale al tasso di apoptosi (morte cellulare programmata) alla sua periferia. Dopo aver raggiunto tali periferiche cellule embrionali un equilibrio dinamico subiscono differenziazione spontanea (di solito con la formazione di frammenti endoderma del sacco vitellino, cellule endoteliali e angioblasti) con perdita di totipotenza. Pertanto, per ottenere una quantità sufficiente di massa cellulare totipotente, il corpo embrionale deve essere disaggregato settimanalmente con un trapianto di singole cellule staminali embrionali in un nuovo mezzo nutritivo, un processo abbastanza laborioso.

La scoperta di cellule staminali embrionali non ha dato una risposta alla domanda su cosa esattamente e come lanci programmi di embriogenesi codificati nel DNA dello zigote. Non è chiaro come il programma del genoma si svolga nel processo della vita umana. Allo stesso tempo, lo studio delle cellule staminali embrionali ha permesso di sviluppare un concetto sui meccanismi per preservare la totalità, la pluralità e la multipotenza delle cellule staminali nel processo della loro divisione. La principale caratteristica distintiva della cellula staminale è la sua capacità di auto-riproduzione. Ciò significa che una cellula staminale, in contrasto differenziata divisi asimmetricamente, una delle cellule figlie solleva linea cellulare specializzato, mentre il secondo mantiene toti-, plyuri- o genoma multipotenti. E 'ancora chiaro come e perché questo processo ha luogo nelle prime fasi dell'embriogenesi, quando dividendo la interno massa cellulare bla stotsisty complesso è totipotente, e il genoma Comitato è dormantnom (sonno, bloccato) dello stato. Se il processo di duplicazione precede necessariamente l'attivazione e l'espressione di un intero complesso di geni quando si divide una cella ordinaria, allora questo non accade quando si divide l'ESC. La risposta alla domanda "perché" è stato ricevuto dopo la scoperta dei CES preesistenti nel mRNA (pre-mRNA), parte del quale si forma anche nelle cellule follicolari e viene trattenuta nel citoplasma dell'uovo e lo zigote. La seconda scoperta ha risposto alla domanda "come": nell'ESC sono stati trovati enzimi speciali, chiamati "editase". Edithases esegue tre funzioni principali. In primo luogo, forniscono un'alterazione epigenetica alternativa (senza il coinvolgimento del genoma) e la duplicazione del pre-mRNA. In secondo luogo, il processo di attuazione della attivazione del pre-mRNA (splicing - escissione di introni, cioè regioni inattive RNA che inibiscono la sintesi proteica a mRNA), dopo di che la cella inizia assemblando molecole proteiche. In terzo luogo, le editasi promuovono la formazione di mRNA secondario, che sono i repressori dei meccanismi dell'espressione genica, che preserva il denso impaccamento della cromatina e lo stato inattivo dei geni. I prodotti proteici sintetizzati su tali mRNA secondari e denominati silenziatore proteico o guardiani genomici sono presenti negli ovuli umani.

Questo è il modo in cui il meccanismo per la formazione di linee cellulari immortali di cellule staminali embrionali è rappresentato oggi. In poche parole, il segnale per avviare il programma di embriogenesi, i cui stadi iniziali consistono nella formazione della massa cellulare totipotente, proviene dal citoplasma della cellula uovo. Se in questa fase la massa cellulare interna della blastocisti, cioè l'ESC, viene isolata da ulteriori segnali regolatori, il processo di auto-riproduzione cellulare avviene in un ciclo chiuso senza il coinvolgimento dei geni del nucleo cellulare (epigeneticamente). Se forniamo una tale cellula con materiale nutritivo e la isoliamo da segnali esterni che contribuiscono alla differenziazione della massa cellulare, essa condividerà e si riprodurrà all'infinito.

I primi risultati dei tentativi sperimentali di utilizzare cellule totipotenti per il trapianto sono stati molto impressionanti: l'introduzione di cellule staminali embrionali in tessuti di topi con immunosoppressori indeboliti dal sistema immunitario nel 100% dei casi ha portato allo sviluppo di tumori. Tra le cellule neoplastiche da cui proveniva l'ESC, sono stati trovati derivati differenziati di materiale cellulare esogeno totipotente, in particolare neuroni, ma la crescita di teratocarcinoma ha ridotto il valore dei risultati ottenuti a zero. Allo stesso tempo, nelle opere di L. Stevens, le ESCs, introdotte nella cavità addominale, formavano grandi aggregati in cui si formavano frammentariamente i muscoli embrionali, il cuore, i capelli, la pelle, le ossa, i muscoli e il tessuto nervoso. (I chirurghi che hanno aperto le cisti dermoidi, questa immagine dovrebbe essere familiare). È interessante notare che le cellule embryoblast di topo sospeso si comportano esattamente nello stesso modo: la loro introduzione nei tessuti adulti di animali immunocompromessi causa sempre la formazione di teratocarcinomi. Ma se una linea chiara di ESC viene isolata da questo tumore e inserita nella cavità addominale, si formano nuovamente derivati somatici specializzati di tutti e tre gli strati embrionali senza segni di carcinogenesi.

Quindi, il problema successivo che doveva essere risolto era la purificazione del materiale cellulare dalle impurità delle cellule indifferenziate. Tuttavia, anche con un'efficienza molto elevata della differenziazione diretta delle cellule, fino al 20% delle cellule nella coltura mantengono il loro potenziale totipotente, che in vivo, sfortunatamente, si realizza nella crescita del tumore. Un'altra "fionda" della natura - sulla scala delle scale del rischio medico la garanzia di recupero del paziente si equilibra con la garanzia della sua morte.

La relazione tra le cellule tumorali e quelle più avanzate rispetto alle cellule progenitrici pluripotenti embrionali (EECC) è molto ambigua. I nostri risultati hanno mostrato che l'EPPK introduzione in vari tumori trapiantati in ratti può portare alla disintegrazione del tessuto tumorale (T), un rapido aumento di peso del tumore (E) e la sua riduzione (E-3) o non incide sulle dimensioni della necrosi focale centrale spontanea Tessuto neoplastico (I, K). È ovvio che il risultato dell'interazione di EKPK e delle cellule tumorali è determinato dall'insieme totale di citochine e fattori di crescita da loro prodotti in vivo.

È interessante notare che la cellula staminale embrionale, rispondente alla carcinogenesi per il contatto con i tessuti di un organismo adulto, è perfettamente assimilata alla massa cellulare dell'embrione, integrandosi in tutti gli organi dell'embrione. Tali chimere, costituite da cellule embrionali embrionali e ESC donatrici, sono chiamate animali allofenici, sebbene, in realtà, non siano chimere fenotipiche. La massima chimerizzazione delle cellule quando si introduce ESC nell'embrione precoce viene sottoposta a un sistema ematopoietico, pelle, tessuto nervoso, fegato e intestino tenue. Sono descritti casi di chimerizzazione degli organi genitali. L'unica zona intoccabile per l'ESA erano le cellule sessuali primarie.

Cioè, l'embrione immagazzina l'informazione genetica dei suoi genitori, che protegge la purezza e la continuazione di entrambi genere e specie.

La divisione blocco prime cellule embrionali somministrando tsitoklazina cellule staminali embrionali in blastocisti porta allo sviluppo dell'embrione, in cui le cellule sessuali primarie, come tutti gli altri, sono formate dalle cellule staminali embrionali donatore. Ma in questo caso, l'embrione stesso è completamente donatore, geneticamente estraneo all'organismo della madre surrogata. I meccanismi di un tale blocco naturale della potenziale possibilità di mescolare informazioni ereditarie proprie e straniere non sono stati ancora chiariti. Si può presumere che in questo caso sia implementato un programma di apoptosi, i cui determinanti non sono ancora noti.

Va notato che l'embriogenesi di animali di specie diverse non ha mai accettato: l'attuazione del programma donatori dell'organogenesi nel corpo delle cellule staminali embrionali eterologhe destinatario embrione uccide l'embrione in utero e riassorbito. Pertanto, l'esistenza di chimere "rat-mouse", "maiale-mucca", "Rat Man" deve essere inteso come una cella, ma non il mosaicismo morfologica. In altre parole, l'introduzione del CES un tipo di mammiferi blastocisti altro tipo è sempre in evoluzione prole delle specie parentali, in cui tra le proprie cellule di quasi tutti gli organi ci sono inclusioni e talvolta gruppi di unità strutturali e funzionali costituite da materiale geneticamente alieno di derivati ESK. "Il termine" umanizzato " naya pig "come designazione di un certo mostro dotato di ragione o di segni esterni di una persona. Questo è solo un animale, parte delle cellule del corpo di cui provengono i maiali delle ESC umane iniettate nella blastocisti.

La prospettiva di utilizzare le cellule staminali

E 'noto da tempo che le malattie associate con le cellule ematopoietiche genopatologiey e linee linfoidi sono spesso eliminati dopo trapianto allogenico di midollo osseo. Sostituzione proprio ematopoietiche tessuti alle cellule normali geneticamente donatore correlato conduce parziale, e talvolta recupero totale del paziente. Tra le malattie genetiche che sono trattati con trapianto di midollo osseo allogenico, si deve rilevare la sindrome, immunodeficienza combinata, X-linked agammaglobulinemia, granulomatosi cronica, sindrome di Wiskott-Aldrich, la malattia di Gaucher e Harlera, adrenoleucodistrofia, leucodistrofia metacromatica, anemia falciforme, talassemia, anemia Fanconi e AIDS. Il problema principale nell'uso di trapianto di midollo osseo allogenico nel trattamento di malattie associate con la selezione di dell'HbA donatore correlato compatibile, una ricerca di successo, che deve essere in media di 100.000 campioni sono stati digitati tessuto del donatore ematopoietico.

La terapia genica consente di correggere un difetto genetico direttamente nelle cellule emopoietiche dello stelo del paziente. In teoria, la terapia genica offre gli stessi vantaggi nel trattamento di malattie genetiche del sistema ematopoietico, e che il trapianto di midollo osseo allogenico, ma senza tutte le possibili complicazioni immunologiche. Tuttavia, ciò richiede una tecnica che permette di svolgere efficacemente intero gene in cellule staminali ematopoietiche e di mantenere il necessario livello della sua espressione, che per certi tipi di malattie ereditarie non può essere molto elevata. In questo caso, anche un piccolo prodotto proteico del gene carente reintegro dà un effetto clinico positivo. In particolare, emofilia B per il recupero del meccanismo interno della coagulazione del sangue è sufficiente 10-20% del livello normale di fattore IX. La modificazione genetica di materiale cellulare autologo ha avuto successo nel gemiparkinsonizme sperimentale (distruzione unilaterale dei neuroni dopaminergici). La trasfezione di fibroblasti di ratto embrione con un vettore retrovirale contenente il gene fornito sintesi della dopamina tirosina idrossilasi nel sistema nervoso centrale: amministrazione intracerebrale fibroblasti transfettate drasticamente ridotto l'intensità delle manifestazioni cliniche di modello sperimentale della malattia di Parkinson negli animali da esperimento.

Come l'uso di cellule staminali per la terapia genica di malattie umane ha messo un sacco di nuove sfide per i medici e sperimentatori. Aspetti problematici della terapia genica sono associati con lo sviluppo del gene sistema di trasporto sicuro ed efficiente nella cellula bersaglio. Attualmente, l'efficienza del trasferimento genico in cellule di mammifero grandi è molto bassa (1%). Metodo, questo problema viene risolto in modi diversi. Nel trasferimento genico vitro è la trasfezione di materiale genetico in cellule del paziente in coltura, e il loro successivo ritorno al paziente. Questo approccio dovrebbe essere considerato ottimale utilizzando geni introdotti nelle cellule staminali del midollo osseo, poiché le cellule ematopoietiche metodi di trasferimento dell'organismo in coltura e schienale sufficientemente sviluppata. Nella maggior parte dei casi, il trasferimento genico in cellule ematopoietiche in vitro sono utilizzati retrovi legatori. Tuttavia, la maggior parte delle cellule staminali ematopoietiche è a riposo, rendendo difficile il trasporto dell'informazione genetica utilizzando retrovirus e richiede nuovi modi di geni di trasporto efficienti in cellule staminali dormantnye. Al momento tali metodi di trasferimento genico, trasfezione, microiniezione diretta di DNA in cellule, lipofezione, elettroporazione, "pistola genica", un collegamento meccanico mediante cordoni di vetro, trasfezione epatociti recettore composto di DNA con asialoglicoproteine, e la somministrazione aerosol del transgene in cellule alveolari epitelio polmonare. L'efficienza del trasferimento di DNA da questi metodi è 10,0-0,01%. La parola altro, a seconda del metodo di somministrazione delle informazioni genetiche, il successo può essere previsto in 10 pazienti su 100, o in 1 paziente su 10 pazienti LLC. E 'ovvio che, allo stesso tempo, il metodo più sicuro del trasferimento genico terapeutico deve ancora essere sviluppato un efficace e.

Una soluzione fondamentalmente diverso al problema del rigetto del materiale cellulare allogeniche nel trapianto di cellule è l'uso di alte dosi di cellule progenitrici pluripotenti embrionali per realizzare il controllo dell'effetto reinstallazione omeostasi antigenica dell'adulto (effetto Kukharchuk-Radchenko-Sirman), la cui essenza risiede nella induzione di tolleranza immunologica creando una nuova immunocompetenti di base cellule mentre riprogrammando antigenica sistema di controllo Goma stasi. Dopo dosi elevate EPPK ultimo fissato nei tessuti del timo e del midollo osseo. Nella EPPK timo influenzato specifico microambiente differenziarsi in dendritiche, cellule interdigitatnye ed elementi epiteliali-stromale. Durante la differenziazione EPPK nel timo del destinatario, insieme con le proprie molecole del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) espresso molecole MHC che sono geneticamente determinata in cellule donatrici, cioè, viene impostato un doppio molecole standard di MHC in cui si realizza una selezione positiva e negativa di T-linfociti.

Pertanto, il rinnovo del legame effettore del sistema immunitario dell'organismo ricevente avviene secondo i noti meccanismi di selezione positiva e negativa dei linfociti T, ma attraverso un doppio standard di molecole dei recettori MHC e di EDCM dei donatori.

Riprogrammare il sistema immunitario EPPK permette non solo per il trapianto di cellule senza l'uso ulteriore prolungato di farmaci immunosoppressivi, ma apre anche nuove prospettive nel trattamento di malattie autoimmuni, così come fornisce un punto di appoggio per lo sviluppo di nuove idee sul processo di invecchiamento umano. Per la nostra comprensione dei meccanismi di invecchiamento proposto la teoria di esaurimento degli spazi staminali del corpo. Secondo la posizione di base della teoria, l'invecchiamento è un permanente spazi staminali ridimensionamento organismo, con la quale si intende un pool di regionale ( "adulto"), cellule staminali (mesenchimali, neuronali, cellule staminali ematopoietiche, cellule progenitrici della pelle, del tratto digerente, epitelio endocrino, cellule pigmentate ciliare pieghe e al.), la perdita di cellule si concede adeguato processo di rimodellamento dei tessuti del corpo. Rimodellamento del corpo - questo aggiornamento composizione cellulare di tessuti e organi a causa dello spazio di cellule staminali, che continua per tutta la vita di un organismo multicellulare. Il numero di cellule staminali negli ambienti è determinata geneticamente, che determina i limiti dimensionali (capacità proliferativa) di ogni spazio tronco cerebrale. A loro volta, le dimensioni staminali determinare il tasso di invecchiamento degli spazi di singoli organi, tessuti e organi. Dopo l'esaurimento delle cellule staminali riserva spazi intensità e la velocità di invecchiamento un organismo multicellulare determinata dai meccanismi di affinamento cellule somatiche differenziate entro il limite Hayflick.

Di conseguenza, nella fase di ontogenesi postnatale, l'espansione degli spazi staminali non solo può aumentare significativamente la durata, ma anche migliorare la qualità della vita ripristinando il potenziale di rimodellamento del corpo. L'estensione degli spazi staminali può essere ottenuta somministrando grandi dosi di cellule progenitrici pluripotenti embrionali allogeniche a condizione che il sistema immunitario del ricevente sia contemporaneamente riprogrammato, che nell'esperimento aumenta sostanzialmente la durata della vita dei vecchi topi. 

La teoria dell'esaurimento degli spazi staminali può modificare i concetti esistenti non solo sui meccanismi dell'invecchiamento, ma anche sulla malattia e sulle conseguenze del suo trattamento medico-citotossico. In particolare, la malattia può svilupparsi a seguito della patologia delle cellule negli spazi dello stelo (oncopatologia). L'esaurimento della riserva di cellule staminali mesenchimali interrompe i processi di rimodellamento del tessuto connettivo, che porta alla comparsa di segni esterni della vecchiaia (rughe, flaccidità della pelle, cellulite). L'esaurimento della riserva staminale delle cellule endoteliali provoca lo sviluppo di ipertensione arteriosa e aterosclerosi. Inizialmente, la piccola dimensione dello spazio gambo del timo determina la sua involuzione precoce di età permanente. L'invecchiamento precoce è una conseguenza della riduzione patologica iniziale delle dimensioni di tutti gli spazi staminali del corpo. La stimolazione farmacologica e non farmacologica delle riserve di cellule staminali migliora la qualità della vita riducendo la sua durata, poiché riduce la dimensione degli spazi dello stelo. La bassa efficacia dei moderni geroprotectors è dovuta al loro effetto protettivo sull'invecchiamento delle cellule somatiche differenziate e non sugli spazi dello stelo del corpo.

In conclusione, ancora una volta, notiamo che la medicina rigenerativa-plastica è una nuova direzione nel trattamento delle malattie umane, basata sull'uso del potenziale rigenerativo-plastico delle cellule staminali. In questo caso, plasticità significa la capacità di cellule staminali esogene o endogene di essere impiantate e dare origine a nuovi germogli di cellule specializzate nelle aree di tessuto danneggiato dell'organismo malato. Medicina oggetto regeneratively-plastica - lontano incurabile malattia umana fatale, anomalia ereditaria, malattia per la quale la medicina convenzionale si ottiene solo effetto sintomatico, nonché difetti anatomici del corpo, che è volta a ripristinare chirurgia rigenerativa rekonstruktivnoplasticheskaya. I primi tentativi di ricreare organi interi e quindi funzionalmente completi dalle cellule staminali, a nostro avviso, è troppo presto per fare in un settore separato della medicina pratica. Il tema della medicina rigenerativa e della plastica sono le cellule staminali, che, a seconda della fonte della loro produzione, hanno un potenziale rigenerativo-plastico diverso. La metodologia della medicina rigenerativa-plastica si basa sul trapianto di cellule staminali o loro derivati.